浦東國際金融大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

1、上海浦東國際金融大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計重點: 1.轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu) 2.風荷載取值浦東國際金融大廈照片浦東國際金融大廈設(shè)計簡介工程簡介上海浦東國際金融大廈為地下3層，地上53層，屋面以上還有2層設(shè)備機房，建筑高算至53層屋面230米。建筑面積共11.4萬平方米。建筑使用功能地下室主要為停車庫、設(shè)備機房。低層部裙房主要為銀行、商店、餐廳等商業(yè)設(shè)施。中層部分為辦公用房。高層部分為單元辦公用房。 建筑概況:建筑高度 230 m建筑層數(shù) 地上 53 層 地下 3 層標準層層高 735層 3.9 m 3653層 3.6 m下部標準層平面尺寸（軸線）： 48x48 m2上部標準層平面尺寸(梭子形軸線)： 長軸60.

2、67 m 短軸31.5 m結(jié)構(gòu)類型 鋼-砼混合框筒結(jié)構(gòu)建筑面積 114,650 m2基礎(chǔ) 609*14*30000 鋼管樁基建筑平面建筑立面結(jié)構(gòu)簡介 上部結(jié)構(gòu)體系 金融大廈為混合結(jié)構(gòu)高層建筑，由于建筑立面的內(nèi)收，使結(jié)構(gòu)沿高度劃分為幾個部分，1). 中層和低層部分結(jié)構(gòu)內(nèi)部為由鋼筋砼剪力墻組成的中央核心筒，外部框架低層部為鋼骨砼柱，內(nèi)外的連接為鋼梁；2). 轉(zhuǎn)換部分中央核心筒為鋼筋砼剪力墻加鋼梁鋼柱組合結(jié)構(gòu)，外部為鋼柱，內(nèi)外連接為鋼梁；3). 高層部分內(nèi)部為鋼筋砼筒體，外部為鋼柱，內(nèi)外之間用鋼梁連接。 結(jié)構(gòu)體系低層部標準層平面高層部標準層平面基礎(chǔ)形式 全鋼筋混凝土地下室，地下室底板厚：主樓部分3.

3、2米，裙樓部分1.5米。 主樓樁基采用609.614鋼管樁，樁長30米,分上下兩節(jié)。樁尖持力層為7（2）層細粉砂土層，樁尖入土深度46米。 基礎(chǔ)設(shè)計思想，以選擇合適的樁長控制最終沉降量，以及通過對地下室底板剛度、內(nèi)力調(diào)整而達到建筑物主裙樓間不設(shè)沉降逢的設(shè)計目標。 主要結(jié)構(gòu)材料 混凝土強度： 核心筒 地下B3 地上33層 C50 34層 頂層 C40 外框柱 主樓 C50 裙樓 C40 樓板 C30 地下室 C40鋼構(gòu)件強度： 鋼結(jié)構(gòu)框架梁柱： fy =330 N/mm2 樓面體系次梁： fy =240 N/mm2鋼管樁樁基資料 鋼材材質(zhì)：低合金鋼。 鋼材強度：fy =355N/mm2 樁經(jīng)：

4、609.6 樁長 m）：主樓樁30，分兩節(jié)。 裙樓樁25，分兩節(jié)。 樁頂標高（絕對標高）：主樓11.80 裙樓10.10上部結(jié)構(gòu)整體計算分析由于建筑體形特殊，下部為正方形平面，上部為梭子形平面，梭子形長軸為正方形對角線。無任是地震主動方向，還是主要受風荷方向，設(shè)計應(yīng)考慮四個方向，分別為x、y、u、v。計算分析主軸方向結(jié)構(gòu)基本周期ETABS程序計算結(jié)果,前6個自振周期：1 4.223892 4.039683 1.469104 1.136025 0.636146 0.62524抗風設(shè)計 建筑高度達230米為超高層建筑，抗風設(shè)計已屬于非一般高度建筑概念，風荷載取值有必要進一步分析。建筑平面上層部、下

5、層部變化很大，受風壓體形系數(shù)規(guī)范已無法查找。為此進行模型風壓測試風洞試驗和采用理論推導(dǎo)計算建筑所受風荷載，與現(xiàn)有規(guī)范計算風荷載進行比較，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要前提。風向高層中底層s計算寬s計算寬u-u1.431.51.1560.7v-v1.260.71.1560.7x-x1.442.01.449.5y-y1.442.01.449.5以規(guī)范公式計算所得風荷載，簡稱為規(guī)范風力。以風工程理論公式推導(dǎo)所得風荷載,簡稱理論風力。以彈性模型在六分量動態(tài)天平實測的值推算建筑所得風荷載，簡稱為風洞試驗。 下表為以規(guī)范公式計算所得風荷載和風工程理論公式推導(dǎo)所得風荷載。規(guī)范風力表示以規(guī)范公式計算所得風荷載，理論風力表示

6、風工程理論公式推導(dǎo)所得風荷載。層數(shù)層高高度規(guī)范風力理論風力傾覆力矩傾覆力矩摟層風力每米風力摟層風力每米風力規(guī)范風力理論風力503.60197.40704.15195.60651.80181.06138999.21128665.32453.60179.40668.66185.74602.10167.25119957.60108016.74403.60161.40628.22174.51552.50153.47101394.7189173.50353.60143.40591.88164.41499.50138.7584875.5971628.30303.90124.50597.44153.1953

7、6.60137.5974381.2866806.70253.90105.00553.37141.89498.50127.8258103.8552342.50203.9085.50482.67123.76446.80114.5641268.2938201.40153.9066.00427.22109.54384.3098.5428196.5225363.80103.9046.50368.7994.56320.9082.2817148.7414921.8554.0027.00308.5377.13355.6090.038330.319601.2016.006.00252.2942.0581.601

8、4.841513.74489.60合計30885.7827881.804348602.763798741.38下表為以規(guī)范公式計算所得風荷載和風工程理論公式推導(dǎo)所得風荷 規(guī)范風力樓層力和理論風力樓層力比較圖表規(guī)范風力傾覆力矩和理論風力傾覆力矩比較圖表規(guī)范風力沿高度分布和理論風力沿高度分布比較圖表 風洞試驗彈性模型在六分量動態(tài)天平實測的最大值推算建筑結(jié)構(gòu)原型，在不同屋頂風速時的基底剪力、傾覆力矩、紐矩。 見下表：基底剪力 規(guī)范風力 / 理論風力 / 風洞試驗 = 30885 / 27881 / 26090 = 1 / 0.9 / 0.75傾覆力矩 規(guī)范風力 / 理論風力 / 風洞試驗 =4348

9、602/3798741/3555500=1/0.87/0.82 抗震設(shè)計 多遇地震作用下的結(jié)構(gòu)計算分析采用振型分解反應(yīng)譜法，分別計算四個地震方向。 設(shè)計地震荷載按上海市標準建筑抗震設(shè)計規(guī)范（DBJ08-9-92）確定。罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)計算分析采用時程分析法，最大加速度為220gal，持時30秒。地震波取用ELCENTRO、TAFT、SHANGHAI人工波等波。計算位移 采用ETABS程序進行計算分析，風荷作用和地震作用下的位移計算值：風荷作用位移，最大層間位移發(fā)生在4649層為1/530 。地震作用下位移 ，最大層間位移發(fā)生在5253層為1/632 。規(guī)范風荷載下計算位移曲線 x、v兩個方

10、向地震作用下V、U兩個方向的位移曲線 風荷載所產(chǎn)生的傾覆力矩在外圈柱上生成了最大為443t的附加軸力，與長期柱軸力1873t相比，只為其1/4.2。地震作用下傾覆力矩在外圈柱上產(chǎn)生的最大附加軸力為308t，為長期柱軸力1873t的1/6.1。罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)分析為抗震設(shè)計的第二階段，采用時程分析法，最大加速度為220gal，持時取為30秒。所用地震波為ELCENTRO波、TAFT波和SHANGHAI BDJ波。時程分析的結(jié)果中，上海人工地震波SHANGHAI BDJ的地震效應(yīng)最大。U方向的最大層間變形角發(fā)生在54層，為1/120。V方向的最大層間變形角發(fā)生在46層，為1/134，均小于控制

11、值1/70。轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)分析 金融大廈體形變化很大，由下部的正方形平面變成上部的梭子形平面，從23層到30層為過渡層，從正方形對角線向中間逐層收小，整個過渡層高度有七層之高，傾角60度。外圈框架柱上下無法對齊，需設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。 轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式一般可以有兩種形式選擇：巨大桁架承托轉(zhuǎn)換斜柱框架轉(zhuǎn)換巨大桁架承托轉(zhuǎn)換巨大桁架承托轉(zhuǎn)換 最能實現(xiàn)豎向力的轉(zhuǎn)換，且結(jié)構(gòu)變形小，是較經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)形式。但由于桁架布置會影響建筑設(shè)計及空間使用。 主要特點變形小，主要構(gòu)架變形為構(gòu)件軸心變形引起。構(gòu)件的彎曲變形為構(gòu)架的次要變形。不平衡力適應(yīng)性好。需控制構(gòu)件長度。斜柱框架轉(zhuǎn)換 框架式結(jié)構(gòu)變形大，控制構(gòu)架變形主要為構(gòu)件抗彎

12、特性及構(gòu)架節(jié)點剛度決定，在不平衡力作用下變形大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。斜柱框架轉(zhuǎn)換 實際工程中結(jié)構(gòu)為框筒結(jié)構(gòu)，平面中央有鋼筋混凝土剪力墻筒體，其抗變形能力大，穩(wěn)定性好。為此金融大廈轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用中央混凝土核心筒體抗變形能力強的特點，外圈框架柱為斜柱框架結(jié)構(gòu)。 計算分析 由于轉(zhuǎn)換層部位，斜柱框架受力的復(fù)雜性。對轉(zhuǎn)換層進行截段計算分析各構(gòu)件的受力大小及不利因素，分析結(jié)構(gòu)安全可靠性是金融大廈結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容。 空間分析 采用ETABS程序，對結(jié)構(gòu)進行截段分析。對22層39層轉(zhuǎn)換層部分進行豎向荷載下受力狀況計算。截段計算整體模型 平面框架分析采用SAP90計算程序，分析轉(zhuǎn)換層的斜柱框架的構(gòu)件受力。 平

13、面框架示意 結(jié)構(gòu)計算分析基本假定： 忽略轉(zhuǎn)換層以下的構(gòu)件豎向變形和中央筒體的砼徐變變形。從施工上控制轉(zhuǎn)換層開始層的樓面水平度。轉(zhuǎn)換層截段計算結(jié)果分析：（1）平面框架計算結(jié)果各構(gòu)件內(nèi)力很大。（2）整體空間計算各構(gòu)件內(nèi)力比平面框架計算結(jié)果要小。（3）從結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)布置看，豎向荷載作用下主要是平 面框架，對于外圍框架的作用很小，可不予考慮。 (4) 解析結(jié)果表明轉(zhuǎn)換層部分，外框柱的軸向力在與斜柱 轉(zhuǎn)折處，梁的剪力、彎矩都相當?shù)拇蟆?(5) 無論框架梁柱節(jié)點，還是梁墻節(jié)點都承擔了相當大的 彎矩剪力。為保證整個框架的成立，及控制不使節(jié)點 變形過大，節(jié)點設(shè)計及節(jié)點的施工質(zhì)量之關(guān)重要。 (6) 對斜柱框架

14、在上轉(zhuǎn)折點樓層處，該梁的設(shè)計是非一般 的受彎構(gòu)件，而是壓彎構(gòu)件。該區(qū)域樓面荷載必須嚴 格控制，避免梁的壓彎失穩(wěn)破壞。 構(gòu)件計算簡圖浦東國際金融大廈部分結(jié)構(gòu)施工圖底部結(jié)構(gòu)標準層施工圖 開始轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)施工圖 轉(zhuǎn)換中間層結(jié)構(gòu)施工圖 上部結(jié)構(gòu)標準層施工圖 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)局部施工圖 浦東國際金融大廈風洞試驗 試驗?zāi)康? (1).本建筑形體復(fù)雜,規(guī)范沒有此種 體形系數(shù). (2).本建筑為超高層建筑,規(guī)范風荷 載高度系數(shù)與實際有偏差. 試驗內(nèi)容: (1). 剛性模型建筑物表面風壓測試. (2). 氣彈性模型建筑物受風力和傾覆力 測試.流場模擬實驗在均勻流和大氣邊界層流兩種不同的流場中進行，以比較兩種不同流場中測得的體型系數(shù)的差別。均勻流場，無需進行